JP6980560B2 - 円筒タンク及び円筒タンクの補強装置 - Google Patents

Description

本発明は円筒タンク及び円筒タンクの補強装置に関する。

水や燃料油を貯留する円筒タンクは、地震が作用した場合にも、倒壊せずに自立した状態を維持し、かつ漏洩が発生しないことが求められる。円筒タンクに地震が作用した場合に想定される損傷モードとしては、タンク胴の下端付近の象足座屈などがあり、従来から対策されている。これらの損傷モードに対する補強方法は例えば、特許文献１に示されている。

特許文献１では、平底円筒形鋼製タンクの側板で地震によって座屈変形を生じやすい箇所を含む所定高さ部位について、離隔して所定幅位置に設置する支持枠体と、この支持枠体の内部及び又は支持枠体の外周面に張設するＰＣ鋼線と、支持枠体の内部に連続的に打設するコンクリートとで補強形成する、と記載されている。

特開２０１２−２５０７１２号公報

特許文献１には、例えば象足座屈などに対する対策が記載されている。特許文献１に記載された補強構造は円筒タンクの底部付近を補強するのに有効である。

一方で、液体を貯留した円筒タンクに地震が作用すると、水平断面で胴板が花びら状に波打つように振動するバルジングモードが励起されることがある。大型の円筒タンクにおいては相対的に水の質量が大きいため、水がある位置でこのバルジングモードによる変形が大きくなると考えられる。このため、水深変化に対応できる補強が望まれる。

たとえば、特許文献１のようにコンクリートなどによる補強方法を高い位置まで適用するには、高所の補強部材を底面から支持するために底面付近ではコンクリートの板厚を厚くする必要があり、工事コストの増加と設置面積の増加が課題である。

本発明の目的は、軽量な補強構造によってバルジングモードによる変形が抑制される、円筒タンク及び円筒タンクの補強装置を提供することである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の円筒タンクの一つは、液体を貯留する円筒タンクであって、前記円筒タンクの内壁面に隙間をあけて沿うような環状の補強フレームと、液面に位置する環状の浮力体と、前記円筒タンク内であって、底面と液面の間の略半分の位置にて前記補強フレームを、上端にて前記浮力体を、下端にて前記円筒タンクの下部の締結装置を接続した位置決め装置と、前記位置決め装置のための接続治具と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡易かつ軽量な補強構造によって円筒タンクのバルジングモードによる変形を抑制することができる。

実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。 実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略水平断面図である。 実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの一部を断面とした概略鳥瞰図である。 実施例２による補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。 実施例２による補強フレームを適用した円筒タンクの概略水平断面図である。 実施例３による補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。図２は実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略水平断面図である。図３は実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの一部を断面とした概略鳥瞰図である。ここで、補強フレーム１を適用する円筒タンク２について定義する。円筒タンク２は地盤に繋がる強固な基礎３に周方向に複数設置されたガセットプレート３３によって強固に取り付けられているタンク胴４を備え、タンク胴４は底部に近いほど板厚が厚く、上部には屋根５が取り付けられており、液体１０を貯留できる。

実施例１による補強フレーム１は、トーラス形状の補強フレームであり、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などの剛性の高い材料で一体に成形している。補強フレーム１とタンク胴４の内壁面とは、例えば、タンク直径の１％の隙間がある状態で液中に沈めて使用する。なお、この微少な隙間は、補強フレーム１が円筒タンク２内で、上下方向に移動できて、更に、変形が生じた際に、内側に向かって変形するタンク胴の内壁面と補強フレーム１が接触して、変形を防止できる効果を発する程度の隙間の大きさであればよい。

このような状態で補強フレーム１があれば、バルジングモードによる変形が生じた際に、内側に向かって変形するタンク胴の内壁面と補強フレーム１が接触する。補強フレーム１はタンク胴４の半径方向に対して高い剛性を有するためタンク胴４は補強フレーム１と接触するとそれ以上内側に変形できない。このようにして補強フレーム１は補強フレーム１とタンク胴４との隙間以上の振幅でタンク胴４がバルジングモードによる変形を防止する効果を発揮する。

補強フレーム１は中空で例えば、周方向にバッフル板が設けられて区画に仕切られている。仕切られた区画の一部は密閉され、その区画には内部に窒素などの気体を封入され、密閉しない区画には複数の穴が設けられて液体１０が流れ込む。密閉する区画と穴をあける区画の体積を調整することで、補強フレーム全体が液体１０に沈んだ時に押しのけられる液体１０の質量と補強フレーム１の質量がおおよそ等しくなるようにする。補強フレームの半径方向の曲げ剛性を確保するために、大口径のトーラスを用いる場合でも、フレーム内に液体１０が入り込むためタンクの内容積を減じてしまう影響を最小限とでき、質量が同体積の液体１０と等しいため、補強によってタンクの全体重量が増える影響も最小限となる。

タンク胴４の外側にガセットプレート３３が溶接されている位置の内側に設けられた底部リンク軸受け６２に下端を固定された位置決め装置６の中間にフレームリンク軸受６３を介して前記補強フレーム１が接続され、位置決め装置６の上端は浮力体リンク軸受６４を介して浮力体６６に繋がっている。浮力体６６は浮力によって液面に位置している。位置決め装置６は浮力体６６の上下移動に伴って伸び縮みし、補強フレーム１は位置決め装置６の中間に接続されていることによって、常に位置決め装置６の下端固定点と浮力体の固定点の中間に定位する。

図２の概略水平断面図に位置決め装置６と補強フレーム１の水平面内での配置を示した。この例では位置決め装置６のフレームリンク軸シャフト６１はタンク胴４を構成する板の法線方向を軸方向として、補強フレーム１に設けられたフレームリンク軸受６３に接続されている。

つづいて、液面の位置と補強フレーム１の関係について説明する。タンク満量時など通常の状態では、浮力体が液面に浮いている状況で、位置決め装置６によって補強フレームは液面と底面の中間に定位する。浮力体６６の位置が下方に移動すると位置決め装置６はリンク構造であり、全長が短くなるのに伴って、リンクは水平になる。リンク軸まわりに同一面内を回転するリンクがあるため、リンクが水平に近づくとリンクの上側の側面と一つ上のリンクの下側の側面が接触し、位置決め装置６はこの最低高さより低くはならない。最低高さのとき浮力体６６と補強フレーム１は各リンクが互いに上下面が接触した状態となった位置決め装置６に自重を支えられ、底面から離れた位置に定位する。これにより、タンク底部付近にヒーターなどの構造物がある場合にも追加の構造物無しに干渉を避けられる。

以上より、補強フレーム１がバルジングモードによる変形を防止する効果は、液面が位置決め装置６の最低高さよりも高ければ、液面の位置によらず発揮される。

本実施例では、液面と底面のおおよそ中央の内側に簡易で軽量な補強フレーム１を設置することでバルジングモードによる変形が抑制される。補強フレーム１は浮力体６６の浮力と位置決め装置６によって液面と底面のおおよそ中央にとどまるため、基礎３から支持する必要が無く、簡易かつ軽量な補強構造によって円筒タンク２のバルジングモードによる変形を抑制することができる。

図４は、実施例２における補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。図５は実施例２における補強フレームを適用した円筒タンクの概略水平断面図である。補強フレーム１を適用する円筒タンク２は図１に示した例と同様であるので、詳細な説明は省略する。

実施例１では、補強フレーム１は一体で成形されたトーラス状のフレームを用いているが、実施例２では、分割された状態で円筒タンク２内まで搬入可能な構造としている。

実施例２では補強フレーム１の材料として、例えば、内面と外面を樹脂によってコーティングされ、互いに挿しこめる端部形状となっているステンレスパイプを用いる。タンク胴４に沿う円弧状の複数のパイプを円筒タンク内で接着剤を用いて接合することで、トーラス形状のフレーム１１を簡易に構築できる。したがって、既設の円筒タンクにも補強フレームを適用できる。

実施例１では、一体のトーラス形状の補強フレームのみで補強フレーム１を構成したのに対して、実施例２では、トーラス形状のフレーム１１はスポーク７を備えている。スポーク７は上向きと下向きの円錐面に間隔をあけてタンク胴の半径方向に設置したロッド状の構造物である。スポーク７はタンク胴４の中心において上と下それぞれに集合し、集合した上下の二点はタンク胴４と同心の細い円筒形状の構造であるハブ８に結合する。スポーク７はその中間にターンバックル７１を備え、それぞれ長さを微調整でき、互いにおおよそ等しい引張の力を作用させておく。この効果としてトーラス形状のフレーム１１の円形形状を微調整できる。

図５の概略水平断面図に位置決め装置６と補強フレーム１の水平面内での配置を示しており、この例では位置決め装置６のフレームリンク軸シャフト６１はタンク胴４を構成する板の接線方向を向いており、トーラス形状のフレーム１１に設けられたフレームリンク軸受６３に取り付けられる。

スポークは例えばハブ８の円盤部分に円筒面に対しておよそ接線方向に接続され、トーラス形状のフレーム１１におよそタンク胴の半径方向に接続されている。図５のスポークのうちＡ−ＢとＤ−Ｃはハブ紙面手前方向から伸びるスポークであり、Ａ−Ｄの距離がハブ端部の円盤直径となって、２本のスポークが位置決め装置６を避けるようにおよそ平行にタンク胴の半径方向に配置される。Ｅ−ＦとＨ−Ｇのスポークはハブ紙面奥側から伸びるスポークであり、前述のスポークを周方向に９０度回した位置にある。このようにスポークを配置することで位置決め装置６のための水平面内の空間が確保される。

トーラス形状のフレーム１１に密閉区画と密閉しない区画を設け、実施例１と同様に補強フレーム１の浮力を調整する。補強フレーム１が液面と底面のおおよそ中央に位置した状態かつ、補強フレーム１とタンク胴４の内壁面とは隙間がある状態で液中に位置するメカニズムと効果は実施例１と同様である。

本実施例では、実施例１の効果に加えて既設の円筒タンク２にも、補強フレーム１を追加して設置することが可能となり、既設の円筒タンク２の補強方法が実現できる。

図６に、実施例３における補強フレーム１を適用した円筒タンク２の概略縦断面図を示す。補強フレーム１を適用する円筒タンク２は図１に示した例と同様であるので、詳細な説明は省略する。

実施例１及び実施例２ではトーラス形状のフレームは１本であったが、本実施例３による補強フレーム１では、トーラス形状のフレームは２本あり、補強フレームが傾斜しようとする場合にもタンク胴と補強フレームが接触することによって、補強フレーム１が底面に対して傾斜することを防ぐ効果がある。補強フレーム１は実施例１と同様にＣＦＲＰ製で密閉区画と密閉されない区画があり、浮力が調整されている。

上部のトーラス形状のフレーム１１ａと下部のトーラス形状のフレーム１１ｂは平行になるよう、高さ方向に設置された支柱パイプ９によって接続されている。タンク胴４の外側にガセットプレート３３が溶接されている位置の内側に設けられた底部リンク軸受け６２に下端を固定された位置決め装置６の中間にフレームリンク軸受６３を介して前記支柱パイプ９が繋がれ、位置決め装置６の上端は浮力体リンク軸受６４を介して浮力体６６に繋がっている。浮力によって水面に位置する浮力体６６の移動により位置決め装置６が伸び縮みし、支柱パイプ９が位置決め装置６の中間に接続されていることによって、補強フレーム１は常にタンク底面と浮力体６６の中間に定位する。これにより補強フレーム１は底面と液面のおおよそ中央に位置した状態となる。補強フレーム１がバルジングモードによる変形を防止するメカニズムと効果、および水平断面内の配置は実施例１と同様である。

本実施例では、実施例１及び実施例２の効果に加えて補強フレームが底面に対して傾斜することを防ぐ効果がある。同時に浮力体６６が底面に対して傾斜することも防がれるため、液面の動揺が生じた時にも浮力体は底面と平行な状態を維持する。これにより、スロッシングに対して浮力体６６が抵抗力を発揮することが期待できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：補強フレーム
２：円筒タンク
３：基礎
４：タンク胴
５：屋根
６：位置決め装置
７：スポーク
８：ハブ
９：支柱パイプ
１０：液体
１１：トーラス形状のフレーム
１１ａ：上部のトーラス形状のフレーム
１１ｂ：下部のトーラス形状のフレーム
３３：ガセットプレート
７１：ターンバックル
６１：フレームリンク軸シャフト
６２：底部リンク軸受け
６３：フレームリンク軸受
６４：浮力体リンク軸受
６６：浮力体

Claims (10)

1. 液体を貯留する円筒タンクであって、
   前記円筒タンクの内壁面に隙間をあけて沿うような環状の補強フレームと、
   前記円筒タンク内であって、液面とタンク底面の略半分の位置にて、前記補強フレームを停留し、一端が液面に位置する浮力体と接続された位置決め装置と、
   前記円筒タンクの下部にて前記位置決め装置の他端を接続する接続治具と、
   前記位置決め装置の中間に前記補強フレームを接続する接続冶具と、
   を備えたことを特徴とする円筒タンク。
2. 請求項１に記載の円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームはタンク胴の内壁面に沿うような複数の環状の補強フレームと、
   前記複数の環状の補強フレーム相互を支持する支持構造とから構成されることを特徴とする円筒タンク。
3. 請求項１又は請求項２に記載の円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームはタンク胴の内壁面に沿うような複数の環状の補強フレームと、
   前記複数の環状の補強フレームの中心部に位置するハブと、
   前記補強フレームと前記ハブとを接続するスポークとから構成されることを特徴とする円筒タンク。
4. 請求項３における円筒タンクにおいて、
   前記スポークは長さ調整可能な調整装置を備えたことを特徴とする円筒タンク。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項における円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームは中空で密閉構造であることを特徴とする円筒タンク。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項における円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームとタンク胴をなす板の隙間がタンク胴内側直径の１．０％以上であることを特徴とする円筒タンク。
7. 液体を貯留する円筒タンクの補強装置であって、
   上下方向に伸び縮みするリンク構造を有する位置決め装置と、
   前記位置決め装置の略中間にフレームリンク軸受を介して接続された補強フレームと、
   前記位置決め装置の上端に浮力体リンク軸受を介して接続され、前記液体を貯留する円筒タンクの液面に位置する浮力体と、
   を備えた円筒タンクの補強装置。
8. 請求項7に記載の円筒タンクの補強装置において、
   前記補強フレームは複数の環状の補強フレームと、
   前記複数の環状の補強フレームの中心部に位置するハブと、
   前記補強フレームと前記ハブとを接続するスポークとから構成されることを特徴とする円筒タンクの補強装置。
9. 請求項８に記載の円筒タンクの補強装置において、
   前記スポークは長さ調整可能な調整装置を備えたことを特徴とする円筒タンクの補強装置。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項における円筒タンクの補強装置において、
    前記補強フレームは中空で密閉構造であることを特徴とする円筒タンクの補強装置。

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